книги из ГПНТБ / Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки учебник

Р Е З А Н И Е

КОНСТРУКЦИОННЫХ

М А Т Е Р И А Л О В ,

РЕЖУЩИЕ ИНСТРУМЕНТЫ

И СТАНКИ

По д о б щ е й р е д а к ц и е й проф. П. Г. Петрухп

ИЗДАНИЕ 2-е, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Министерством высшего

исреднего специального образования СССР

вкачестве учебника для студентов вузов, обучающихся по специальности

«Авиационные двигатели»,

Москва

«МАШИНОСТРОЕНИЕ»

' 19 7 4

Р 34

УДК 621.9.06

Резание конструкционных материалов, режущие инструменты и станки. Под ред. проф. П. Г. Петрухи. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Машиностроение», 1974,

616с.

Вучебнике изложен комплексный курс по обра­ ботке конструкционных матерпалов, режущим инстру­ ментам и станкам. Рассмотрены вопросы обрабаты­

Рецензент: Кафедра резания металлов п режущего инструмента Уфимского авиационного ин­ ститута

31304-085

85-74

Р 038(01)-74

© Изаательство «Машиностроение», 1974 г.

Введение

В современном машиностроении и приборостроении находят широкое применение новые методы обработки, новые конструкции и виды режущего инструмента и металлорежущих станков. Непре­ рывно повышается доля процессов чистовой обработки, определяю­ щих точность изготовления, шероховатость поверхности и физико­ механические свойства поверхностного слоя деталей, которые имеют чрезвычайно большое значение для достижения высоких эксплуатационных качеств изделий.

Второе издание учебника «Резание конструкционных материа­ лов, режущие инструменты и станки» переработано и дополнено с учетом последних достижений тех ники в металлообрабатывающей промышленности.

Учебник состоит из двух разделов. В первом разделе — реза­ ние и режущие инструменты — рассматриваются: современные ин­ струментальные материалы, физические явления, возникающие в процессе резания, связи между обрабатываемостью материалов и их свойствами, оптимизация условий обработки. Большое внима­ ние уделяется обрабатываемости высокопрочных и жаропрочных материалов и сплавов. Рассматриваются силы, возникающие при резании, стойкость и скорость резания, допускаемые режущими инструментами, методика назначения рациональных режимов ре­ зания при различных видах обработки, основные конструкции режущего инструмента и методы расчетов некоторых инстру­ ментов.

Большое внимание уделено вопросам абразивной обработки. Приводятся сведения о современных абразивных и алмазных ин­ струментах и даются рекомендации по их применению. В этом же разделе рассматриваются электрофизические и электрохимические методы обработки, находящие широкое применение при размерной обработке труднообрабатываемых материалов.

Во втором разделе — металлорежущие станки — рассматри­ ваются: классификация станков, разновидности приводов станков для ступенчатого и бесступенчатого регулирования скоростей, кон­ струкции отдельных типов станков общего и специального назна­ чения, методика настройки станков. Большое внимание уделяется рассмотрению автоматов и полуавтоматов, агрегатных станков и

автоматических станочных линий, станков с программным управ­ лением и станков для физико-химических методов обработки.

Процесс резания представляет собой комплекс чрезвычайно сложных явлений, зависящих от физико-механических свойств обрабатываемого материала, качества режущего инструмента, состояния станка, жесткости системы станок — приспособление — инструмент — деталь (СПИД) и др.

Процесс резания металлов сопровождается пластическими и упругими деформациями, разрушением, трением и тепловыделе­ нием. Для обеспечения высокой производительности и экономич­ ности процесса резания, а также для правильного и рационального расчета, конструирования и эксплуатации металлорежущих стан­ ков, инструмента и приспособлений необходимо глубокое знание закономерностей и явлений, сопровождающих процесс резания.

Первые теоретические и экспериментальные исследования процесса резания были проведены в 1868—1869 гг. в России проф. И. А. Тиме. Он впервые провел исследования процесса стружкообразования и создал схему этого процесса. И. А. Тиме предложил формулы для определения силы резания и усадки стружки. Иссле­ дования, начатые И. А. Тиме, были продолжены П. А. Афанасье­ вым и А. В. Гадолиным. В теоретических исследованиях процесса резания П. А. Афанасьев впервые учитывал силы трения по перед­ ней и задней поверхностям резца.

Значительный вклад в развитие науки о резании металлов внес проф. К. А. Зворыкин. Он создал схему сил, действующих на резец в процессе резания, с учетом сил трения по передней и зад­ ней поверхностям резца и вывел формулу для определения вели­ чины силы резания. К. А. Зворыкин сконструировал и впервые при­ менил в своих экспериментальных исследованиях самопишущий гидравлический динамометр.

В 1896 г. вышла в свет монография А. А. Брикса, в которой приведены результаты теоретической разработки и обобщения основных вопросов механики процесса резания.

Первые исследования влияния смазочно-охлаждающих жидко­ стей на процесс резания, а также исследования тепловых явлений при резании металлов были проведены Н. II. Саввиным в 1905— 1910 гг.

Крупный вклад в развитие методов экспериментального иссле­ дования процесса резания металлов был сделан мастером механи­ ческих мастерских Петербургского политехнического института Я. Г. Усачевым. Он впервые применил металлографический метод для изучения процесса стружкообразования, выявил действие нароста на стружкообразование. Проведя большие исследования

(используемые и в настоящее время), Я. Г. Усачев изучил влия­ ние различных факторов на тепловыделение и на температуру нагрева резца, обрабатываемой детали и стружки.

4

Научное наследие русских ученых оказало определяющее влияние на развитие науки о резании металлов в нашей стране. После Великой Октябрьской социалистической революции работы

вобласти обработки металлов резанием начались с восстановления

исоздания новых лабораторий. В лабораториях с развитием науч­ ных исследований росли и крепли кадры исследователей, тем са­ мым закладывались основы советской научной школы высокопро­ изводительной обработки металлов резанием.

Вгоды первой пятилетки начинается бурное развитие машино­ строения как основы индустриализации страны. Значительно возрастает парк металлорежущих станков, увеличивается объем обработки металлов резанием, внедряются новые методы обра­ ботки, появляются новые инструментальные материалы и кон­ струкции режущих инструментов. С освоением производства новых

В связи с этим возникло большое количество теоретических и прак­ тических задач, касающихся процесса резания. Все это потребо­ вало значительного расширения научно-исследовательских работ в области резания металлов. Создаются новые лаборатории реза­ ния на заводах, в отраслевых научно-исследовательских институ­ тах, в учебных заведениях.

В 1936 г. при Техническом Совете НКТП была создана Комис­ сия по резанию металлов в составе: Е. П. Надеенской (председа­ тель), А. И. Каширина, В. А. Кривоухова, И. М. Беспрозванного и С. Д. Тишина. В течение пяти лет Комиссия по резанию метал­ лов являлась всесоюзным центром по планированию и координа­ ции всех научно-исследовательских работ по резанию металлов в Советском Союзе. За эти годы было выполнено около 250 научных исследований и обобщен передовой опыт заводов. Исследования проводились коллективами, возглавляемыми А. В. Панкиным, С. Ф. Глебовым, В. Д. Кузнецовым, В. А. Кривоуховым, Н. И. Рез­ никовым, М. Н. Лариным, Г1. II. Трудовым и др.

Большим вкладом Комиссии по резанию металлов, сохранив­ шим свое значение и до настоящего времени, является разработка единой методики экспериментального исследования основных стойкостных и силовых зависимостей. За время деятельности Ко­ миссии под ее научно-методическим руководством были впервые разработаны справочные материалы по режимам резания для всех видов инструмента. Справочники были положены в основу госу­ дарственных нормативов по режимам резания. Разработанные руководящие материалы по режимам резания и результаты много­ численных теоретических и экспериментальных исследований нашли широкое применение в промышленности в годы Великой Отечественной войны, способствуя повышению производитель­ ности труда рабочих оборонной промышленности.

Большое значение имело развитие инжейерных методов рас­ чета оптимальных режимов резания. Несмотря на некоторые недо­

5

статки разработанных эмпирических формул, они были существен­ ным достижением, так как позволяли сравнительно просто рассчи­ тывать важные для практики характеристики процесса резания.

Как в довоенный период, так и в течение первого десятилетия после Великой Отечественной войны были развернуты исследова­ ния по широкому внедрению в производство твердосплавного инструмента. Были созданы новые марки твердых сплавов и их модификации, позволившие значительно повысить применяемые режимы резания.

Основы конструирования и расчета режущего инструмента разработаны коллективами Московского станкоинструментального института, Всесоюзного научно-исследовательского инструмен­ тального института (ВНИИ), Всесоюзного научно-исследователь­ ского института абразивов и шлифования (ВНИИАШ), Москов­ ского высшего технического училища им. Баумана (МВТУ), за­ водов «Фрезер», Московского инструментального завода (МИЗ)

идр. при непосредственном участии таких ученых, как И. И. Семенченко, Г. И. Грановский, В. М. Матюшин, С. С. Четвериков

идр.

Впослевоенные годы в машиностроении началось освоение

новых типов турбин, двигателей, химических аппаратов, атомных реакторов и другого оборудования, работающего при высоких тем­ пературах, в агрессивных средах и других специфических усло­ виях. В связи с этим возникла необходимость обработки большого количества деталей из новых жаропрочных, нержавеющих, эро­ зионностойких, тугоплавких и других специальных сталей и спла­ вов. Эти стали и сплавы, как правило, обладают низкой обрабаты­ ваемостью и требовали нового подхода к выбору рациональных условий обработки резанием.

Благодаря трудам В. А. Кривоухова, Г. И. Грановского, Н. Н. Зорева, А. И. Исаева, Т. Н. Лоладзе, В. Ф. Боброва и дру­ гих ученых были созданы теоретические основы процесса резания. Многие положения механики процесса резания, разработанные советскими учеными, получили признания в других странах.

Повышение быстроходности, долговечности и надежности ма­ шин потребовало повышения точности обработки и улучшения ка­ чества обработанной поверхности. В связи с этим проведено много работ по изучению вопросов размерной стойкости инструмента. Изучается влияние различных факторов на наклеп и остаточные напряжения в поверхностном слое обработанной детали, а также природа колебаний, возникающих при резании металлов.

Проведена большая работа и достигнуты значительные успехи в области теории процесса резания с малыми толщинами среза. Много внимания уделялось развитию и исследованию чистовых операций, в том числе различных методов абразивной обработки. Были созданы новые методы обработки — электрофизические и электрохимические. Совокупность перечисленных решений и дру­ гих, не упомянутых выше, составили тот капитальный вклад в на­

6

учное познание физических явлений, протекающих в процессе ре­ зания, который укрепил теоретические основы и предопределил современный высокий уровень режимов резания на отечественных машиностроительных заводах.

Большой вклад в разработку теории процесса резания и укреп­ ление ее связи с практикой внесли лаборатории заводов (ЗИЛ, ГАЗ, УЗТМ и др.), научно-исследовательских институтов (ЦНИИТМАШ, ВНИИ, ЭНИМС, ВЫИИАШ и др.), а также высших учебных заведений, в частности Томского политехнического ин­ ститута, Московского высшего технического училища, Ленин­ градского политехнического института, Киевского политехниче­ ского института, Московского авиационного института, Куйбы­ шевского авиационного института, Харьковских авиационного и политехнического институтов, Московского станкоинструменталь­ ного института, Уфимского авиационного института и др.

Приоритет в создании первых металлорежущих станков при­ надлежит русским изобретателям. Еще в начале XVIII в. в России были талантливые станкостроители, создавшие ряд конструкций металлорежущих станков. Среди выдающихся механиков этого времени особое место занимает А. К. Нартов. Он считается первым создателем металлорежущих станков. Оригинальные станки Нартова — токарные, токарно-винторезные, копировальные, изготов­ ленные в 1712—1729 гг., сохранились до нашего времени. В ле­ нинградском музее «Эрмитаж» хранятся два токарных станка, изготовленных по проектам и под непосредственным руководством А. К. Нартова в начале XVIII в. Станки Нартова сохранились также в Парижском национальном музее искусства и ремесел, в Венском музее. Честь изобретения самоходного (механического) суппорта токарного станка принадлежит А. К. Нартову.

Ряд оригинальных станков с водяным приводом для сверления пушечных стволов построил в начале XVIII в. на Тульских ору­ жейных заводах изобретатель Сидоров-Красильников. На этом же заводе в начале XVIII в. Я. Батищев создал многошпиндельные станки, применил многопозиционную обработку. На некоторых станках Батищева одновременно обрабатывалось до 24 ружейных стволов.

Вотечественное станкостроение внес вклад и великий руский ученый М. В. Ломоносов. В середине XVIII столетия он изоб­ рел сферотокарный станок для обработки отражательных поверх­ ностей металлических зеркал. Ряд станков был создан И. И. Ползуновым.

ВXIX в. славные традиции русских машиностроителейХѴІІІ в. продолжались другими изобретателями. Станки для обработки отверстий большого диаметра и винторезные станки сконструиро­ вал и построил Л. Собакин. Целую гамму полуавтоматических станков с гидравлическим приводом создал А. Сурнин.

В1817 г. с помощью операционных станков, созданных Л. Со-

бакиным, А. Сурниным, П. Захаво и др., Тульский оружейный

7

завод освоил производство взаимозаменяемых деталей для ружей.

Нашей Родине принадлежит приоритет в создании научных основ станкостроения. Русский академик А. В. Гадолин впервые в мире (в 1876 г.) строго математически доказал, что наилучшей эксплуатационной характеристикой будет обладать станок, у ко­ торого числа оборотов (частота вращения) шпинделя составляют ряд геометрической прогрессии. Этот закон впоследствии был рас­ пространен на числа двойных ходов и на ряды подач и находит применение в современном станкостроении.

Изобретения и работы станкостроителей в дореволюционной России открывали отечественному станкостроению широкий путь развития, идя по которому, оно легко могло бы опередить зарубеж­ ное станкостроение. Однако царское правительство не принимало мер по развитию этой важнейшей отрасли промышленности. Ни одного специального станкостроительного завода в дореволюцион­ ной России не было. В 1913 г. в России было изготовлено примерно 1500 станков. Потребность в станках удовлетворялась главным образом ввозом их из-за границы.

Лишь после Великой Октябрьской социалистической революции Коммунистическая партия и Советское правительство проявляли неустанную заботу о реконструкции и создании новой станкострои­ тельной промышленности, как основы всего машиностроения. Осо­ бенно бурное развитие советское станкостроение получило в ре­ зультате решений, принятых XIV съездом нашей партии. В поли­ тическом отчете ЦК ВКП(б) XIV съезду партии было сказано, что необходимо превратить нашу страну из аграрной в индустри­ альную, способную производить своими собственными силами необходимое оборудование.

К концу первой пятилетки в СССР имелось восемь больших специализированных станкостроительных заводов, среди которых широко известные в нашей стране и далеко за ее пределами заводы

станков, что в 13 раз превысило выпуск станков в России в 1913 г. В 1933 г. был создан экспериментальный научно-исследователь­ ский институт металлорежущих станков (ЭНИМС), являющийся научным центром по конструированию и исследованию металло­ режущих станков. Успехи в развитии станкостроения позволили создать новые отрасли советского машиностроения, ускорить ин­ дустриализацию страны и усилить ее обороноспособность.

Большой вклад в развитие отечественного станкостроения внесли советские ученые В. И. Дикушин, Н. С. Ачеркан, Д. Н. Решетов, Г. А. Шаумян и др.

Основной задачей станкостроения является значительный рост количества выпускаемых станков, увеличение типажа, повышение их качества и надежности. Следует отметить, что в СССР впервые

8

в мировой практике станкостроения изготовление металлорежущих станков организовано методом крупносерийного производства. При общем росте выпуска станков большое внимание уделялось производству прецизионных станков, тяжелых станков, станков для электрофизических и электрохимических методов обработки, автоматических линий, станков с программным управлением. Вы­ пуск прецизионных станков в 1970 г. доведен до 47 тыс., из ко­ торых 12,5 тыс. — станки высокой и особо высокой точности.

В СССР освоен выпуск тяжелых станков. Выпускаются станки карусельные для обработки деталей диаметром до 20 м, зубофре­ зерные — для обработки деталей диаметром до 12,5 м и др. Со­ ветское станкостроение выпускает самые большие станки в мире.

Станкостроительные заводы СССР освоили производство высо­ копроизводительных станков для электрофизических и электро­ химических методов обработки конструкционных материалов. Крупные эрозионные станки, выпускаемые в СССР, имеют произ­ водительность до 15—20 тыс. мм3/мин и являются самыми высо­ копроизводительными станками в мире. В СССР непрерывно ра­ стет выпуск автоматических и полуавтоматических станочных линий.

Машиностроение в нашей стране является одной из ведущих отраслей промышленности и по объему производства занимает первое место в Европе и второе место в мире. Машиностроение является материальной основой народного хозяйства страны.

В решениях XXIV съезда КПСС по девятому пятилетнему • плану указано, что главной задачей машиностроения является обеспечение всех отраслей промышленности высокоэффективными машинами и оборудованием.

Решающая роль в техническом перевооружении машинострое­ ния принадлежит станкоинструментальной промышленности. К 1975 г. предусмотрено довести производство металлорежущих станков до 230—250 тыс. шт. Намечено заменить устаревшее ме­ таллообрабатывающее оборудование на 25—30%. Значительно будет увеличен выпуск станков для шлифования и финишной обработки, а также станков высокой и особо высокой точности. Производство автоматических и полуавтоматических линий для машиностроения возрастет в 1,6 раза. Особое внимание уделяется созданию и производству станков с числовым программным управ­ лением. В девятой пятилетке намечено не менее чем в 3,5 раза увеличить выпуск станков с числовым программным управлением, которые позволят повысить производительность труда в 3—4 раза.

Многие станки, выпускаемые отечественными станкострои­ тельными заводами, удостоины Государственного Знака качества; среди них станки завода «Красный Пролетарий» Московского станкозавода им. С. Орджоникидзе, Ленинградского завода им. Свердлова, Егорьевского станкозавода «Комсомолец» и др. Ряд моделей наших станков отмечен дипломами и медалями на между­ народных выставках.

9